MC-A1 · 磁気回路

磁気回路と磁気のオームの法則

コイルが作る磁束が鉄心を一周する様子は、電流が回路を巡るのとそっくりだ。何が電流の役割を担うかを押さえ、磁気回路を電気回路のように読む。

磁気回路で電流の役割を担うのは誰か

コイルが鉄心に磁束を押し込む。回路を一周するこの流れは、電流と同じ位置に座る。三つの候補から、その席をぴたりと埋めるものを選ぼう。

空隙 g0.0 mm

タップで H/B/Φ をコアで見て、スライダーで空隙を広げると磁気抵抗が増え磁束 Φ が減る。

磁束 Φ = F / R(空隙を広げる)

Φ ≈ 100%  ·  g = 0.0 mm

磁束 Φ は断面全体を貫いて回路を一周する総量だ。電流とまったく同じ席 — Φ = NI / R が磁気のオームの法則。

電圧が電流を押すように、起磁力 F = NI が磁束を押す。抵抗が電流を妨げるように、磁気抵抗が磁束を妨げる。オームの法則 I = V/R の席にそのまま Φ = F/R を入れれば磁気回路は解ける。

観察F = N I

起磁力は電圧に対応。磁束を押す力だ。

電気抵抗 R = l/(σA) とまったく同じ形で、磁気抵抗は R = l/(μA)。経路が長いほど大きく、透磁率 μ が大きいか断面 A が広いほど小さい。鉄は μ が空気の数千倍なので、同じ起磁力でずっと多くの磁束を通す。

選ぶR = l / ?

磁気抵抗は長さに比例、透磁率・断面積に反比例。

空欄Φ = F / ?

磁気オームの法則。磁束 = 起磁力 / 磁気抵抗。

鉄心にわずか 1 mm の空隙を入れただけで、空気の μ が極端に小さいため、その短い隙間の磁気抵抗が長い鉄経路全体を圧倒する。だから電動機・発電機の空隙設計が磁束を左右する。磁気抵抗は直列で足されるので、最大の項が流れを決める。

自分でΦ = NI / ?

磁気抵抗を展開すると磁束は μANI/l にまとまる。

電流の席をぴたり埋めたのは磁束 Φ だった。H は流れを押す圧力(電圧側)、B は流れの密集度(電流密度側)で席がずれた。回路を一周する総量だけが電流の役割を担い、その総量は Φ = NI / R、起磁力を磁気抵抗で割った値だ。磁気回路を電気回路のように読む取っ手がこれだ。

磁気オームの法則：磁束 Φ = F / R。起磁力 F = NI が磁束を押し、磁気抵抗 R = l / (μA) が妨げ、Φ = μANI / l となる。電圧→起磁力、電流→磁束、抵抗→磁気抵抗の対応で磁気回路を電気回路のように解く。

この取っ手をつかむと

磁気オームの法則はこの科目全体の土台だ。次のユニットではコイルのインダクタンスが L = N²/R で磁気抵抗に直接ぶら下がり(MC-A2)、変圧器・電動機・発電機の磁束経路はすべてこの直列・並列磁気回路として解析される。空隙が磁気抵抗を支配する感覚は、回転機の空隙設計へ直結する。